?Se conoce la aut¨¦ntica naturaleza de la gravedad?

La pregunta asume que existe una realidad externa que podemos conocer mediante la ciencia e identifica cada teor¨ªa f¨ªsica como esa realidad externa. Lo cierto es que no todas las personas que investigamos en f¨ªsica pensamos as¨ª; una buena parte de mis colegas opina que la f¨ªsica es simplemente una descripci¨®n m¨¢s o menos satisfactoria de los fen¨®menos que nos rodean. Pero a m¨ª s¨ª me gusta pensar que la f¨ªsica nos ayuda a conocer la esencia de la naturaleza, as¨ª que mi respuesta a la pregunta sobre la naturaleza de la gravedad est¨¢ hecha desde ese punto de vista.

Hoy en d¨ªa pensamos que la gravedad es de naturaleza puramente geom¨¦trica. Esta afirmaci¨®n encierra una idea de la naturaleza de gran belleza. Albert Einstein combin¨® los conceptos de espacio y tiempo en un ¨²nico concepto al que llam¨® espacio-tiempo que, adem¨¢s, pas¨® de ser el lugar en el que ocurr¨ªan los fen¨®menos f¨ªsicos a ser una cantidad f¨ªsica, es decir, algo que podemos meter en una ecuaci¨®n matem¨¢tica y resolverlo. Hasta que Einstein formul¨® la teor¨ªa de la relatividad general, la gravedad hab¨ªa sido explicada por Newton como una fuerza. Simplificando mucho a Newton, su explicaci¨®n dec¨ªa que la manzana ca¨ªa porque la Tierra ejerc¨ªa una fuerza de atracci¨®n sobre ella. Esta explicaci¨®n a la que llamamos mec¨¢nica newtoniana (o mec¨¢nica cl¨¢sica no relativista) funcionaba muy bien en la Tierra y m¨¢s o menos bien en nuestro Sistema Solar, excepto por la ¨®rbita de Mercurio que se empe?aba en no seguir del todo las leyes de esa mec¨¢nica.

La teor¨ªa de la relatividad general de Einstein describe la gravedad de forma que se puede predecir de forma satisfactoria la ¨®rbita de Mercurio y otros fen¨®menos f¨ªsicos fuera del Sistema Solar, que tampoco se avienen a la mec¨¢nica de Newton. Esa nueva descripci¨®n que hizo Einstein dice que la gravedad (es decir, lo que hace que las masas se atraigan) es un efecto de la curvatura del espacio-tiempo.

El espacio-tiempo se curva debido a la materia que contiene y esa curvatura hace, a su vez, que la materia se mueva de un modo determinado. Si visualizamos el espacio-tiempo como una red que se curva al contener una bola pesada, podremos entender el movimiento de otras bolas menores por la red como debidos a la curvatura producida por la primera bola. Y el movimiento de las otras bolas por el espacio-tiempo curvado es lo que Newton y otras muchas personas despu¨¦s de ¨¦l hab¨ªan supuesto que estaba originado por una fuerza de atracci¨®n llamada gravedad.La curvatura del espacio-tiempo hace que incluso la luz modifique su trayectoria al pasar cerca de un objeto pesado, un fen¨®meno que se ha medido con gran precisi¨®n. La teor¨ªa de la relatividad general nos permite describir las orbitas de los planetas del Sistema Solar y predecir la f¨ªsica en las regiones cercanas a los agujeros negros e incluso nos ayuda a comprender la evoluci¨®n del mayor sistema gravitatorio, el Universo. La observaci¨®n en 2015 de las ondas gravitacionales predichas por Einstein ha sido el culmen del poder predictivo de la teor¨ªa.

?Quiero esto decir que tenemos ya la explicaci¨®n de la naturaleza ¨²ltima de la gravedad? Pues no lo sabemos. Con los conocimientos que poseemos hoy d¨ªa podr¨ªamos decir que la verdadera naturaleza de la gravedad es la curvatura del espacio-tiempo. Pero tambi¨¦n es verdad que desde hace muchos a?os intentamos combinar la teor¨ªa de la relatividad general con la teor¨ªa cu¨¢ntica y todav¨ªa no sabemos si lo hemos conseguido. Para complicar a¨²n m¨¢s las cosas, la interpretaci¨®n de muchos datos astrof¨ªsicos cuando nos guiamos por la relatividad general indica que la materia que conocemos s¨®lo es alrededor del 5% del contenido del cosmos. Y no estamos completamente seguros de qu¨¦ constituye ese otro 95% de la energ¨ªa del Universo. La explicaci¨®n podr¨ªa estar en que, en contra de lo que pensamos, todav¨ªa no hemos entendido bien la gravedad.

Prado Mart¨ªn Moruno es doctora en F¨ªsica. Departamento de F¨ªsica Te¨®rica. Universidad Complutense de Madrid.

Pregunta realizada por email por Janh Rubio

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